不同复合菌剂对奶牛牛粪-秸秆堆肥进程及效果的影响

Effects of Different Compound Microbial Agents on the Process and Efficiency of Dairy Cow Manure-Straw Composting

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2026.03.006

许世奇 Shiqi XU , 曲风臣 Fengchen QU , 刘春燕 Chunyan LIU , 牛麟 Lin NIU , 陈辉霞 Huixia CHEN , 杜贤 Xian DU , 刘伟 Wei LIU , 张言 Yan ZHANG , 崔永强 Yongqiang CUI

中化环境修复〔山东〕有限公司北京 100071 Sinochem Environmental Remediation 〔Shandong〕 Co., Ltd., Beijing 100071, China

摘要：

为探讨不同复合菌剂对奶牛牛粪-秸秆堆肥进程及效果的影响，以奶牛牛粪和玉米秸秆为原料，开展了为期45 d的堆肥试验。试验共设置不添加复合菌剂(CK)，添加0.5%(质量分数，下同)复合菌剂Ⅰ(T1)、0.5%复合菌剂Ⅱ(T2)和1%复合菌剂Ⅱ(T3)等4个处理，考察了不同处理的堆体温度、pH和有机质、腐殖酸、总养分含量等腐熟指标的动态变化，并采用隶属函数法对堆肥效果的评价指标进行了综合分析。结果表明，在奶牛牛粪-秸秆堆肥过程中，添加外源菌剂能够显著缩短发酵周期，有效促进堆肥腐殖化进程，提升堆肥效果。与CK处理相比，T1~T3处理提前4 d进入高温期，全周期的平均温度表现为T3(65.18 ℃)＞T2(60.97 ℃)＞T1(58.57 ℃)＞CK(58.20 ℃)。与堆肥初期相比，T1~T3处理的堆体有机质含量显著降低了25.53%~35.04%，总养分含量显著提高了14.29%~23.87%；其中，T3处理的堆体总养分含量较CK、T1、T2处理的分别显著增加了10.26%~12.73%。堆肥结束后，T2、T3处理的碳氮比(C/N)均接近17∶1，腐殖酸含量分别较CK处理的显著增加了5.29%、8.73%；T1~T3处理的种子发芽指数分别为91.64%、95.74%和97.74%，均显著高于CK处理的(86.54%)。隶属函数分析结果表明，各处理对堆肥质量影响的综合效果表现为T3＞T2＞T1＞CK，T3处理的提升效果最佳。

关键词：

牛粪; 秸秆; 好氧堆肥; 复合菌剂; 堆肥质量; 发芽指数; 隶属函数分析;

Abstract：

To investigate the effects of different compound microbial agents on the process and efficiency of dairy cow manure-straw composting, a 45-day composting experiment is conducted using dairy cow manure and maize straw as raw materials. Four treatments are established: no compound microbial agent addition (CK), 0.5% (mass fraction, the same below) compound microbial agent Ⅰ (T1), 0.5% compound microbial agent Ⅱ (T2), and 1% compound microbial agent Ⅱ (T3). The dynamic changes of pile temperature, pH, and maturity indicators including organic matter content, humic acid content and total nutrient content are examined under different treatments. The evaluation indices for composting efficiency are comprehensively analyzed using the membership function method. The results indicate that adding exogenous microbial agents during dairy cow manure-straw composting can significantly shorten the fermentation period, effectively promote the humification process, and enhance composting efficiency. Compared with the CK treatment, the T1-T3 treatments enter the high-temperature phase 4 days earlier. The average temperature over the entire cycle follows the order: T3 (65.18 ℃) > T2 (60.97 ℃) > T1 (58.57 ℃) > CK (58.20 ℃). Compared with the initial stage of composting, the organic matter content of T1-T3 treatments decreases significantly by 25.53%-35.04%, while the total nutrient content increases significantly by 14.29%-23.87%. Among them, the total nutrient content of T3 treatment is significantly higher than that in the CK, T1, and T2 treatments by 10.26%-12.73%. At the end of composting, the carbon-to-nitrogen ratio (C/N) of the T2 and T3 treatments is close to 17∶1, and compared with CK treatment, their humic acid contents increase significantly by 5.29% and 8.73%, respectively. The seed germination index of T1-T3 treatments are 91.64%, 95.74%, and 97.74%, respectively, all significantly higher than that of the CK treatment (86.54%). The membership function analysis reveals that the overall effects of each treatment on compost quality ranks as T3 > T2 > T1 > CK, with the T3 treatment demonstrating the most significant improvement effect.

Keyword：

cow manure; straw; aerobic composting; compound microbial agent; compost quality; germination index; membership function analysis;

0 前言

吉林省作为我国重要的商品粮基地和畜牧业大省，每年产生大量的农作物秸秆和畜禽粪便，其中仅奶牛粪便的年产量便高达数千万吨^[1]。然而，随着规模化养殖业的迅速发展，众多养殖场在畜禽粪污的处理方面仍存在处理不规范、腐熟不彻底等问题^[2]，导致畜禽粪便等农业废弃物无法得到有效利用，甚至对环境造成污染，进而影响土壤健康^[3]。现阶段，好氧堆肥凭借其成本低、发酵速率快、周期短、腐殖化程度高等优势^[4]，已广泛应用于农业废弃物的资源化处理领域。好氧堆肥是在人为控制条件下，通过提供适宜的好氧环境、调节水分与碳氮比(C/N)等措施，增强堆体中的微生物活性，从而促进有机质的分解与腐殖酸等稳定有机质的转化形成^[5]。相关研究表明^[6-7]，堆体中的微生物能够利用胞外酶将大分子有机质(纤维素、半纤维素、淀粉等)分解成小分子化合物，随后转化为更稳定的腐殖质，这一过程释放的大量热量能有效杀灭堆肥中的病原微生物和虫卵，确保堆肥的无害化处理与资源化利用。

奶牛粪便因具有低C/N和高含水率，导致其在好氧堆肥过程中出现高温持续时间短、腐熟不完全、养分流失严重等一系列问题^[8]。外源添加微生物已被证实是促进腐熟、加速有机质降解、提高堆肥效果的有效措施之一^[9]。Zhang等^[10]的研究发现，添加外源菌剂能够显著增加微生物群落的多样性，通过延长高温持续时间来加速有机质的分解，从而提高堆肥产品品质。王琳等^[9]也指出，外源微生物能通过加速木质素等难降解有机质的分解与转化，增强堆体内部的腐殖化作用。在目前的畜禽粪便堆肥中，复合微生物菌剂的应用已成为优化堆肥效果的重要措施^[11]，其中通常包含芽孢杆菌、木质素降解酶、纤维素降解酶、嗜热菌和放线菌等微生物。卢洋洋等^[12]的研究发现，接种枯草芽孢杆菌后，微生物能够通过分泌抗菌物质，抑制枯萎病病原体的生长，减少病原菌的繁殖，从而提高堆肥产品的安全性。然而，现有大多数研究主要侧重于通过单一指标评价堆肥质量^[13]，这些指标虽然能够反映堆肥过程的某些特征，但无法全面评价不同处理下的堆肥效果。因此，采用隶属函数分析法结合多个评价指标对堆肥效果进行综合分析，能够更全面地评估各处理的堆肥进程与效果。

针对吉林地区规模化养殖与秸秆资源化利用的协同需求，开发应用高效复合菌剂来提升牛粪-玉米秸秆的综合处理效能，对推动区域农业的绿色循环发展具有重要意义。基于此，本研究选取吉林地区奶牛牛粪和玉米秸秆为堆肥原料，通过为期45 d的堆肥试验，探究堆体温度、pH及有机质、腐殖酸、总养分含量等腐熟指标的动态变化，综合评估各种复合菌剂对堆肥进程及效果的影响，并筛选出最佳菌剂，以期为吉林地区畜禽粪便-秸秆的高效协同生物处理体系提供可靠的菌剂选择与本土化技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用的牛粪和玉米秸秆均取自吉林省大安市某奶牛养殖场，堆肥原料的理化性质见表 1。

表 1

堆肥原料的理化性质

原料	w(有机质)/%	w(全氮)/%	w(水)/%	C/N
牛粪	60.87	2.15	46.53	16.42
玉米秸秆	63.42	0.54	8.27	68.12

堆肥前，先将玉米秸秆粉碎至3 cm以下的小段。试验使用的复合菌剂分两种：复合菌剂Ⅰ为市售主流菌剂，主要由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等多种生物菌群与酿酒酵母等比例组成，有效活菌数(CFU)≥0.5亿/g；复合菌剂Ⅱ为自研菌剂，由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热脱氮土壤芽孢杆菌、嗜热链球菌、解淀粉芽孢杆菌、沙福芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、光合细菌、苍白好氧小杆菌等比例组成，有效活菌数(CFU)≥2.0亿/g。复合菌剂Ⅰ作为市场主流菌剂，已在堆肥应用中得到了广泛验证，符合市售主流菌剂的使用标准，因此可用于试验中，并为自研菌剂的效能评估提供行业基准。复合菌剂Ⅱ作为自研菌剂，其特点是包含耐高温菌种，具备多功能协同作用且活菌数更高。使用复合菌剂Ⅱ旨在验证其相对于市售菌剂在促进堆肥进程、提高腐熟度等方面的性能优势。堆肥启动前，将两种原料按质量比4∶1进行混合，调节C/N至(25~30)∶1，同时将各堆体水分质量分数调至55%~60%。

1.2 试验设计

试验于2025年4月—6月进行。依据厂商推荐用量并综合考虑经济成本，为考察自研菌剂与市售菌剂在同等条件下的效能及其最佳用量，试验共设不添加复合菌剂(CK)，添加0.5%(质量分数，下同)复合菌剂Ⅰ(T1)、0.5%复合菌剂Ⅱ(T2)和1%复合菌剂Ⅱ(T3)等4个处理，每个处理设置3个重复。各处理均采用条垛式堆肥方法，堆体为长约3 m、宽约1.5 m、高约1.5 m的条垛形，各堆体间隔为5 m。堆肥周期为45 d，其间每5 d翻堆1次，分别于堆肥启动后的第2、5、7、12、17、27、38、45天进行取样。

1.3 测定项目与方法

堆肥过程中，于每日10：00和17：00分别测定各堆体上、中、下3层的温度。每层测量3个点，以9个点的平均温度作为该堆体的实时温度；同时，随机设置3个点位，测量周围环境温度并计算平均值；含水率按照烘干法在105 ℃进行测定，pH用PHSJ-6L型pH计测定(固液比为1∶10)，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定^[14]，总氮含量采用H₂SO₄-H₂O₂消解-滴定法测定^[14]，总磷含量采用H₂SO₄-H₂O₂消解-分光光度法测定^[14]，总钾含量采用H₂SO₄-H₂O₂消解-火焰光度法测定^[14]，腐殖酸含量采用焦磷酸钠-重量法测定^[15]，种子发芽指数(GI)参照相应行业标准测定^[14]，粪大肠菌群数采用乳糖发酵法测定^[16]，蛔虫卵死亡率参照相应国家标准方法测定^[17]。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2019软件整理，采用Origin 2025软件绘制图形，采用SPSS 26.0软件进行统计分析。采用LSD法进行多重比较，分析不同处理间的差异显著性(P＜0.05)。

由于单一指标不能综合体现不同复合菌剂对堆肥质量的影响，而隶属函数分析法能够以多个指标为基础，综合分析各处理的应用效果。因此，采用隶属函数分析法对不同处理的堆肥质量(全周期的腐殖酸含量、总养分含量和GI增幅，第45天的腐殖酸含量、总养分含量和GI)进行综合分析，将所得到的隶属函数值进行累加后，取均值。若所测指标与堆肥质量成反比，代入反隶属函数值；反之，则代入隶属函数值。隶属函数均值越大，代表该堆肥处理的质量越好。隶属函数值和反隶属函数值按式(1)、式(2)计算：

图 1

$ \text { 隶属函数值 } U\left(X_i\right)=\left(X_i-X_{\min }\right) /\left(X_{\max }-X_{\min }\right) $

图 2

$ \text { 隶属函数值 } U\left(X_i\right)=\left(X_i-X_{\min }\right) /\left(X_{\max }-X_{\min }\right) $

式中：X_i——不同堆肥处理的单个指标测定值；

X_max——不同堆肥处理的单个指标的最大值；

X_min——不同堆肥处理的单个指标的最小值。

2 结果与分析

2.1 不同处理的堆体基本指标变化

2.1.1 温度

4个处理在堆肥过程中温度的变化见图 1。

图 1

堆肥过程中温度的变化

从图 1可看出，各处理的整体温度变化趋势一致，均为先升高后下降。T1~T3处理均从第3天开始进入高温期(≥55 ℃)，较CK处理的提前了4 d。T3处理的温度上升最快，在第5天达到最高温度69.0 ℃，高温持续时间为12 d；T2处理则在第6天达到最高温度65.0 ℃，高温持续时间为9 d；T1处理在第8天达到最高温度64.0 ℃，高温持续时间为7 d；而CK处理的温度上升较慢，到第7天才进入高温期，且高温持续时间较短，仅为4 d。4个处理的高温期平均温度由高到低依次为T3(65.18 ℃)＞T2(60.97 ℃)＞T1(58.57 ℃)＞CK(58.20 ℃)。第10天后，随着堆体中易降解的有机质逐渐被分解完全，微生物的活性减弱，4个处理的温度开始逐渐降低，并在第30天左右开始逐步接近环境温度。

2.1.2 pH

4个处理在堆肥过程中pH的变化见图 2。

图 2

堆肥过程中pH的变化

从图 2可看出，各处理的pH均呈先上升后下降的趋势。CK处理的pH为8.0~8.5，整体表现较为稳定。堆肥初期，各处理的初始pH在8.4左右，且均在第7天达到最大值，分别为8.6、8.6、8.5和8.3；T3处理的pH增幅最大，为2.41%。随着堆肥进程的推进，各处理的pH均呈下降趋势，在堆肥结束时降至最低值，降幅为5.81%~8.24%；T3处理在堆肥结束时的pH最小，为7.8。

2.1.3 含水率

4个处理在堆肥过程中含水率的变化见图 3。

图 3

堆肥过程中含水率的变化

从图 3可看出，各处理的含水率整体呈下降趋势。各堆体的初始含水率为57%左右，从升温期开始逐渐降低。4个处理在第7天的含水率分别为47.88%、46.29%、47.49%和44.73%。在整个堆肥周期中，4个处理的含水率降幅依次为T3(33.56%)＞T2(31.83%)＞T1(30.73%)＞CK(30.49%)。

2.2 不同处理的堆体有机质含量及C/N变化

2.2.1 有机质含量

4个处理在堆肥过程中有机质含量的变化见图 4。

图 4

堆肥过程中有机质含量的变化

从图 4可看出，各处理的有机质含量均随着堆肥进程的推进整体呈下降趋势，且下降主要集中在堆肥初期。至堆肥第12天，4个处理的有机质降幅在高温期分别为11.50%、13.12%、21.88%和24.79%，以T3处理的有机质降幅最大。从第17天开始，易降解的有机质逐渐被分解殆尽，各处理的有机质降幅逐渐趋于平缓。堆肥结束后，4个处理的有机质含量分别较堆肥初期显著降低，降幅分别为23.89%、25.53%、32.29%和35.04%(P＜0.05)，以T3处理的下降幅度最大，其余依次为T2＞T1＞CK。

2.2.2 C/N

4个处理在堆肥过程中C/N的变化见图 5。

图 5

堆肥过程中C/N的变化

从图 5可看出，4个处理的C/N均随堆肥进程的推进整体呈下降趋势。在堆肥的第12天，C/N表现为CK＞T1＞T2＞T3；T3处理较CK处理显著下降了20.53%，表明T3处理能够显著影响堆肥过程中的C/N。在第45天，T2、T3处理的C/N均接近17∶1。另外，C/N在堆肥前后的比值表现为CK(0.73)＞T1(0.59)＞T2(0.58)＞T3(0.57)。

2.2.3 腐殖酸含量

4个处理在堆肥过程中腐殖酸含量的变化见图 6。

图 6

堆肥过程中腐殖酸含量的变化

从图 6可看出，4个处理的腐殖酸含量随堆肥进程的推进整体呈上升趋势。从第2天到第17天，各处理的腐殖酸含量增加了21.99%~29.70%；从第17天至第27天，各处理的腐殖酸含量分别显著增加了30.43%、32.26%、41.67%和50.00%；随后，腐殖酸含量逐渐趋于稳定。堆肥结束后，4个处理的腐殖酸质量分数分别为18.90%、19.28%、19.90%和20.55%，较堆肥初期显著增加了75.41%~94.33%，其中T3、T2处理的腐殖酸含量差异不显著，但较CK处理的分别显著增加了8.73%、5.29%。

2.3 不同处理的堆体养分含量变化

2.3.1 总养分含量

4个处理在堆肥过程中总养分含量的变化见图 7。

图 7

堆肥过程中总养分含量的变化

从图 7可看出：各处理的总养分含量在堆肥全周期中表现为先降低后增加的趋势；T1~T3处理的总养分含量较堆肥初期显著增加了14.29%~23.87%，CK处理的变化不显著。在堆肥初期，CK、T2、T3处理的总养分质量分数在第7天达到最低，分别为2.28%、2.28%和2.30%，且各处理间差异不显著；在第12天，T1处理的总养分含量较第2天的显著降低了11.85%，随后4个堆肥处理的总养分含量开始逐渐升高，并在第27天后变化不显著。堆肥结束时，4个处理的总养分质量分数分别为2.67%、2.72%、2.73%和3.01%，其中T3处理的总养分含量分别较CK、T1、T2处理的显著增加了10.26%~12.73%。

2.3.2 全氮含量

4个处理在堆肥过程中全氮含量的变化见图 8。

图 8

堆肥过程中全氮含量的变化

从图 8可看出，4个处理的全氮含量均随堆肥进程的推进整体呈先减少后增加的趋势。在堆肥初期，各处理的全氮含量逐渐下降；CK、T2、T3处理的全氮含量在第7天达到最低，而T1处理的则在第12天达到最低。随后4个处理的全氮含量逐渐上升，并在第27天后逐渐稳定。堆肥结束时，4个处理的全氮质量分数分别为1.33%、1.38%、1.36%和1.53%，在整个堆肥进程中分别显著增加了11.76%、20.00%、20.35%和31.90%，其中以T3处理的增幅最大(P＜0.05)。

2.3.3 全磷含量

4个处理在堆肥过程中全磷含量的变化见图 9。

图 9

堆肥过程中全磷含量的变化

从图 9可看出，4个处理的全磷含量随堆肥进程的推进整体呈上升趋势，并在第17天后趋于稳定。T3处理在第5天到第17天间的全磷含量较其余处理的显著增加了4.71%~12.66%。堆肥结束后，4个处理的全磷含量差异不显著，较堆肥初期的增幅分别为3.49%、6.10%、5.95%和6.43%。

2.3.4 全钾含量

4个处理在堆肥过程中全钾含量的变化见图 10。

图 10

堆肥过程中全钾含量的变化

从图 10可看出，4个处理的全钾含量均呈先降低后增加的趋势，且在第12天达到最低。从第12天开始至堆肥结束，各处理的全钾含量逐渐上升，第45天的全钾质量分数分别为0.45%、0.47%、0.48%和0.57%；T3处理的全钾含量较CK、T1和T2处理的分别显著增加了26.67%、21.28%和18.75%。在整个堆肥周期中，4个处理的全钾含量增幅分别为15.00%、14.63%、17.50%和37.35%，其中T3处理的增幅最大且显著高于其他处理的。

2.4 不同处理的堆体GI变化

4个处理在堆肥过程中GI的变化见图 11。

图 11

堆肥过程中GI的变化

从图 11可看出，4个处理的GI均呈逐渐上升的趋势。在第17天，T1、T2、T3处理的GI分别较CK处理的显著增加了7.62%、8.32%、12.41%。在整个堆肥周期中，4个处理的GI在第12~第27天的增幅最大，依次为T1(36.56%)＞T3(30.72%)＞T2(30.63%)＞CK(25.76%)。堆肥结束后，T1、T2、T3处理的GI分别为91.64%、95.74%、97.74%，均显著高于CK处理的(86.54%)，4个处理的GI较堆肥初期显著增加了55.37%~69.39%。

2.5 不同处理的堆体粪大肠菌群数与蛔虫卵死亡率

4个处理的粪大肠菌群数与蛔虫卵死亡率见表 2。

表 2

不同处理的粪大肠菌群数与蛔虫卵死亡率

处理	粪大肠菌群数/(MPN·g^-1)	蛔虫卵死亡率/%
CK	＜3	100
T1	＜3	100
T2	＜3	100
T3	＜3	100

从表 2可看出，4个处理的粪大肠菌群数均小于3 MPN/g，蛔虫卵死亡率均为100%，符合相关要求。

2.6 不同处理对堆肥质量影响的综合评价

试验采用隶属函数分析法，对不同处理的堆肥质量进行了综合评价, 结果见表 3。

表 3

不同复合菌剂处理下各堆肥评价指标的隶属函数值及排序

项目	CK	T1	T2	T3
腐殖酸含量增幅/%	0	0.03	0.61	1.00
总养分含量增幅/%	0	0.34	0.40	1.00
GI增幅/%	0	0.49	0.64	1.00
w(腐殖酸)/%	0	0.23	0.61	1.00
w(总养分)/%	0	0.15	0.18	1.00
GI/%	0	0.46	0.82	1.00
均值	0	0.28	0.54	1.00
排序	4	3	2	1

从表 3可看出：T1、T2、T3处理的隶属函数均值均大于CK处理的；不同复合菌剂对堆肥质量影响的综合效果表现为T3(1.00)＞T2(0.54)＞T1(0.28)＞CK(0)，表明各处理中以T3处理的堆肥质量最好。

3 讨论

3.1 不同复合菌剂处理对堆体基本指标的影响

温度是衡量堆肥速率与腐熟程度的关键参数之一，主要通过调节微生物活性、促进养分转化和影响气体排放等因素，间接影响堆肥质量^[11]。在堆肥过程中，堆体高温持续时间不足或升温不充分，会导致堆体内部的病虫卵及有害微生物无法被有效杀死。相关研究表明^[18]，堆肥堆体温度应≥50 ℃且高温持续时间≥7 d，才能达到有机肥料的卫生标准。试验表明，整个堆肥周期内，所有处理均经历了升温期、高温持续期和降温期等3个阶段，高温持续时间分别为4、7、9、12 d。除CK处理外，所有复合菌剂处理均达到了该标准要求，与张玉凤等^[2]的研究结果一致。T3处理的高温持续时间最长，较T2处理的延长了3 d，较T1处理的延长了5 d。此外，T1~T3处理的堆体温度分别于第8、6、5天达到峰值，较CK处理的提前了1~4 d，且平均温度提高了0.37~6.98 ℃，表明添加复合菌剂显著促进了堆体升温并延长了高温期，其中以T3处理的效果最佳。这一现象可能与复合菌剂中的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等菌株在堆肥初期通过好氧分解过程快速分解易降解有机质并产生热量，从而促进升温有关^[19]。由于T2、T3处理中添加的嗜热脱氮土壤芽孢杆菌、嗜热链球菌等嗜热细菌具备耐高温的酶与蛋白质结构，能够在高温阶段持续保持活跃，因此能够有效延长高效降解过程。同时，更高浓度的菌剂也进一步提升了堆体温度。

此外，含水率也是影响堆肥质量的重要指标。试验显示，各处理的含水率在堆肥过程中显著降低，与Heidarzadeh等^[20]的试验结果一致。含水率在堆肥周期中的降幅依次为T3＞T2＞T1＞CK，与上述各处理较长的高温持续时间及能够达到的最高温度相呼应。在第17天后，所有处理的含水率均趋于稳定，但在第38天开始出现波动，可能是后期降雨导致环境湿度过大所致。

在堆肥腐熟过程中，保持稳定的酸碱环境对维持微生物的高效活性至关重要^[21]。试验还发现，添加复合菌剂能够显著影响堆肥过程中的pH动态变化，整体呈先增加后降低的趋势，并在第7天达到峰值，这与季彬等^[13]的研究结论一致。可能是因为在堆肥前期的升温环境下，耐热性细菌与嗜热细菌的大量繁殖，增强了有机氮的分解能力，产生的NH₃溶于水后生成NH₄⁺，导致pH升高；随着堆肥进程的推进，有机质继续降解，产生有机酸并大量积累CO₂，从而导致pH降低^[22]。

3.2 不同复合菌剂对堆肥质量的影响

在堆肥过程中，牛粪和秸秆中的有机质为微生物活动提供了主要碳源^[23]，其含量随着堆体温度的上升和分解速率的加快而逐步降低。在有机质分解后期，易氧化碳源逐渐被分解殆尽，更多的有机质转化为腐殖酸^[24]。试验表明，与CK处理相比，添加菌剂能够显著降解堆体中的有机质并促进腐殖酸的积累，进而提高堆肥质量，这与成志远等^[25]的研究结果一致。在堆肥全周期中，T3处理的有机质降幅最大，表明该堆体中的有机质能够进一步被有效地转化和分解。隶属函数分析结果也显示，不同复合菌剂对堆肥质量影响的综合效果表现为T3＞T2＞T1＞CK，以T3处理的堆肥效果最佳。这说明添加复合菌剂可通过微生物氧化作用和有机-无机结合作用将有机质逐渐转化为腐殖酸，特别是T2、T3处理中的嗜热细菌，能够维持高温阶段的微生物活性，并进一步促进有机质分解。如嗜热链球菌能够在高温下大量分解难降解的纤维素、木质素等复杂有机质^[26]。

试验还发现，腐殖酸的积累速率在前期保持缓慢增长，而在中期(第17天~第27天)开始显著加速。这是因为堆肥前期的微生物主要是将易降解的有机质分解成有机酸和CO₂等产物，不直接转化为腐殖酸；而在堆肥中期，易降解的有机质逐渐消耗殆尽，微生物开始分解半纤维素、木质素等难降解的有机质，腐殖酸开始加速积累^[27]。

随着堆肥反应的进行，堆体质量与体积不断减少，有机质通过微生物代谢活动和酶的作用逐步分解，氮、磷、钾等养分开始释放并转化为微生物可吸收的形式，从而增加堆体中的总养分含量^[28]。试验表明，堆肥结束后，添加菌剂处理的总养分含量较初始阶段显著提升了14.29%~23.87%，说明复合菌剂中的枯草芽孢杆菌等有益微生物能够在分解木质素等复杂有机质的过程中，将其转化为结构更简单、更高效的养分形式；另外，微生物在代谢过程中也会释放大量养分，进一步提升了堆体内部的总养分含量^[29]。堆肥结束后，T3处理的总养分含量较其他处理的显著增加了10.26%~12.73%，说明多种菌株的协同作用提高了养分利用率。例如，嗜热细菌可维持高温环境下的分解能力，还可通过脱氮作用来减少氮源的损失；光合细菌通过光合作用改善堆体内部氧气环境，进一步促进好氧发酵过程^[30]。试验结果表明，各处理的全氮含量整体呈先减少后增加的趋势，这与Yang等^[22]的研究结果一致，可能是由于堆肥前期的高温环境促进了微生物的代谢过程，部分有机氮被分解并转化为NH₃挥发到空气中，造成氮含量下降；随着堆肥进程的推进，NH₃挥发减少，有机氮开始转化为更稳定的腐殖酸，导致全氮含量逐渐增加^[31]。试验结果还表明，在堆肥全周期中，各处理的全磷、全钾含量整体呈上升趋势，这与岳世林等^[26]的试验结论一致，可能是由于微生物在代谢过程中会同化吸收及异化分解有机质中的碳、氮、磷，而对钾元素的需求量非常低；同时，微生物对碳的需求量也远高于氮、磷等元素，常规比例为碳∶氮∶磷=100∶5∶1^[32]，因此，有机质中的磷、钾元素逐渐增加。刘微等^[33]以番茄秸秆为原料，通过添加不同微生物菌剂研究其对堆体养分的影响，结果表明添加微生物菌剂能够显著增加有效磷和速效钾的含量。

碳和氮是好氧堆肥过程中微生物代谢的重要元素，因此C/N可作为评价微生物活性和腐熟效率的关键指标^[1]。试验结果表明，在第12天，添加菌剂处理的C/N显著小于CK处理的，说明添加菌剂能够显著促进牛粪-秸秆的腐熟进程。堆肥结束后，T3处理的C/N最小，表明T3处理的堆体腐熟更为完全。相关研究表明^[33-34]，堆肥前后的C/N也可作为评价堆体腐熟度的指标，当C/N＜0.6时，代表该堆体腐熟完全。试验中，该比值分别为CK(0.73)＞T1(0.59)＞T2(0.58)＞T3(0.57)，表明除CK处理外，3个菌剂处理均已达到腐熟标准，T3处理的腐熟效果最好，也进一步印证了上述隶属函数的分析结果。Wong等^[35]的研究表明，当GI大于80%时，可认为堆肥腐熟基本完成。卢洋洋等^[12]分析了3种复合微生物菌剂对牛粪堆肥的影响，结果表明，3种菌剂均能够使堆体达到腐熟状态，且以里氏木霉与细黄链霉菌组合的效果最佳。在试验中，至堆肥第17天，T3处理的GI已接近80%，而CK处理则在第27天才达到83%，说明添加复合菌剂可显著缩短腐熟时间，使堆体提前进入腐熟状态，这与季彬等^[13]的结论一致。

4 结语

在堆肥进程中，添加复合菌剂可以显著促进堆体升温，延长高温持续时间，加快水分蒸发，促进有机质降解与腐殖酸的转化积累，从而提升堆体总养分含量与GI。隶属函数分析结果表明，不同复合菌剂处理对堆肥质量影响的综合效果表现为T3＞T2＞T1＞CK，其中T3处理对奶牛牛粪-秸秆堆肥效果的提升最为显著。

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